[发明专利]具有轴向平衡装置的泵

说明书

本发明涉及泵(特别是涡轮泵)的轴向平衡，尤其涉及空间发动机(spatial motor)的轴向平衡。

已知这些机器的转子通常承受相当大的轴向推力，这是由轮的任何一侧上产生的压力差、传输流体的移动量的变化以及，某些情况下，转子本身的重量或重量的一小部分造成的。

因此，泵通常具有使得流体施加在转子上的轴向推力得到补偿的装置。

这些装置可能将离心轮(centrifuge wheel)的前面(相对叶片的侧面)和相反的后面(或背部)上的所有表面用作流体循环所用的表面，流体循环用以补偿施加在转动件上的力的轴向冲击。如大家已知的，最后一个离心轮的背部(被称作“平衡活塞”)被特别用来实现这种平衡。

图1和图2图示了设置在轮11和定子12之间的已知类型的推力平衡装置。

图1的涡轮泵主要包括转动组件，转动组件围绕中心轴26(长度减小)设置并且包括单级离心泵的单个叶轮11以及两个涡轮22，单级离心泵安装在轴26上并位于后者的中部，两个涡轮22安装在轴26上并位于后者的后部。

悬垂安装于轴26后部的涡轮22，在来自气体入口核芯24并施加至涡轮22的外围的热气流的作用下，在转动时驱动轴26。

图1图示了单级泵的开放式叶轮11，其中叶片6经由抽吸通道2接收工作流体并经由压力通道3排走加压工作流体。

工作流体经由入口部分28轴向引入，并直接流入泵的抽吸通道2。

泵的各种部件是已知的，因而，除了图2中可见的泵部件的轴向平衡系统外，不再对它们进行详细描述。

旋转组件的这种轴向平衡装置或轴向推力平衡装置被与叶轮11整合在一起并且包括单个后平衡腔室18和通道20，后平衡腔室18位于轮11的后部与定子12的一部分之间，通道20连接后平衡腔室与流体管道。

平衡腔室是充满流体压力的腔室，这种压力对移动元件(此处为转子)的作用被用来调节和自动控制所述移动元件的位置。

流入流体管道的部分流体经由通道20被抽出而供给位于轮11的后面16上的后平衡腔室18。

该轮11的前面接收流体管道14的压力，该压力趋向于将转子10向后移动。另一方面，后平衡腔室18内的流体压力倾向于将转子向前移动。当这些力被轴向补偿时，就达到了平衡，在泵的各种操作阶段，后平衡腔室18内的流体施加在转子10上的力补偿了流体施加的力对转子其他部件的轴向冲击。

为了达到并维持这种平衡，该轴向平衡装置经由转子的轴向位移来如下调节后平衡腔室18的供给压力。

流体转移通道20具有径向喷嘴40，径向喷嘴40在连接至转子10(亦即连接至离心轮11)的转动壁和与定子12相对的壁(亦即泵的固定壁)之间延伸。该径向喷嘴用于流体通过的部分取决于转子和定子的相对轴向位置：当转子向后移动时(图2中，当轮11向右移动时流动通过通道20的流体膜的厚度A增加)，该部分增加，这导致进入后平衡腔的通过量增加以及后平衡腔的压力升高，因此导致流体施加在转子上的、倾向于将其向前推的反冲力增加。相反地，如果转子10倾向于向前移动(流体膜的厚度A减少)，反冲力通过相反的机制而变小，迫使转子向后退回更多。

要理解的是，转子的移动调节后平衡腔室18内的压力，从而将转子保持在基本上恒定的轴向位置，并且有利的是，具有最小的摩擦。该系统是自动调节的，并且倾向于将转子保持在其平衡位置。

但是，在这种推力平衡系统中，因为流体的流动面积本质上是可变的(设计者拥有的改变装置效果的唯一自由度)，因此该通道的上游和下游之间的压力损失为流体流进通道的喷嘴所经由的径向距离B，此处对应于该喷嘴形成的冠状物的内径以及外径之间的差距。

现在，不必要期望过度地增加该距离B以及转子和/定子的对应壁的尺寸，因为泵对这些部件的变形(因转子和定子之间的有害接触的风险的原因)而更加敏感。

而且，距离B的增加可能不足以产生补偿轴向推力所需的压力损失，特别是在具有开放式离心轮的单级泵的情况下：在这种特别情况下，流体循环可用的唯一表面是位于轮的背部的平衡活塞。在多级泵中，每个轮都可用于泵的轴向平衡。

如果径向喷嘴的宽度增加不足以补偿轴向力时，通过已知的替代性方案，可使用偏移轴向平衡板。这导致泵及其实施的复杂性的增加以及泵产率的损失。而且，尤其是因为所导致的轴的延长，泵的轴向和/或径向体积(bulk)增加。